軟土地基上連續(xù)箱梁滿堂支架法施工設(shè)計(jì)

郭慶鴻 陳 亮

滿堂支架作為箱梁現(xiàn)澆施工一種常用的施工法,在地質(zhì)條件較差的軟基區(qū)域必須考慮其地基承載能力,以確保支架結(jié)構(gòu)體系的安全、橋面線形的控制以及箱梁的施工質(zhì)量。國(guó)內(nèi)學(xué)者在大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了相應(yīng)的研究。張鵬基于哈大客運(yùn)專線跨沈北大道、跨彰桓公路工程實(shí)踐進(jìn)行了客運(yùn)專線現(xiàn)澆連續(xù)箱梁滿堂支架設(shè)計(jì)計(jì)算方法研究,指出一般每2排～4排橫向和縱向立桿應(yīng)設(shè)置1道剪刀撐[1]。郭宗文根據(jù)京珠高速公路廣珠段T線高架橋在軟土地基采用滿堂支架法技術(shù)研究,指出在軟土地基上采用滿堂支架現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的施工方案是經(jīng)濟(jì)可行的[2]。張祖斌、李俊杰根據(jù)滿堂支架現(xiàn)澆箱梁的施工案例分析,對(duì)滿堂支架現(xiàn)澆施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)[3,4]。賓武、趙啟龍根據(jù)WDJ碗扣式滿堂支架法施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),指出其設(shè)計(jì)方法及注意事項(xiàng)[5,6]。

由于設(shè)計(jì)資料僅要求現(xiàn)澆箱梁采取滿堂支架進(jìn)行施工,沒有詳細(xì)的滿堂支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算方案,而現(xiàn)澆箱梁的支架搭設(shè)關(guān)系著箱梁的施工質(zhì)量及施工安全,基于不同工程各施工影響因素不同,因此本文依據(jù)工程實(shí)例進(jìn)行的碗扣式滿堂支架法施工研究具有現(xiàn)實(shí)的意義。

1 工程概況

廣東省舊省道跨線橋起止樁號(hào)為 K18+192.73～K18+353.27,全長(zhǎng)為160.54 m,由預(yù)制和現(xiàn)澆兩部分組成,橋梁上部結(jié)構(gòu)由(4×20)m預(yù)制箱梁+(22.5+30+22.5)m現(xiàn)澆箱梁構(gòu)成。主橋與S119舊省道相交,交角為53°?，F(xiàn)澆箱梁截面為單箱雙室截面,梁頂寬為16m,梁底寬為 10.05 m,翼板寬2.45 m,梁高1.6m,箱梁混凝土采用C50混凝土,鋼絞線采用高強(qiáng)度、低松弛的270級(jí)鋼絞線。

立交橋覆蓋S119舊省道長(zhǎng)度約42.13 m,S119舊省道現(xiàn)有路面寬度為7.0m,路面標(biāo)高約22.02 m,箱梁底面最低點(diǎn)標(biāo)高為32.6m,跨中梁底標(biāo)高為32.81 m,現(xiàn)有省道路面至梁底距離為10.58 m～10.79 m。

2 區(qū)域地質(zhì)及地基處理

原地面情況中第4跨～第6跨均為松軟的荒草地,開溝靜水位在-1.0m以內(nèi),需要重點(diǎn)進(jìn)行地基處理。方法如下:首先清除原地表的積水、淤泥和邊坡雜草,將橋跨處場(chǎng)地用挖機(jī)將地面修整成寬度寬出支架各1.0m的地界,軟弱地基和低洼處采用石渣換填。S119省道邊坡土采用人工夯實(shí),用C20混凝土澆筑成臺(tái)階,臺(tái)階每級(jí)寬度90cm,高度60cm,厚度 15cm,如圖1所示。地基處理應(yīng)提前進(jìn)行,以使地基有一定的沉降時(shí)間,公路原有土路肩用10cm石屑找平碾壓密實(shí)。

3 碗扣式滿堂支架設(shè)計(jì)

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)、施工圖紙及文獻(xiàn)[7][8],滿堂支架采用碗扣式支架(規(guī)格為φ 48mm×3.5mm)搭設(shè),跨中斷面支架搭設(shè)時(shí)在箱梁的腹板位置下內(nèi)立桿按間距0.6m(縱橋向)×0.6m(橫橋向)各布置3排,其余底板下按0.6m(縱橋向)×0.9 m(橫橋向)布置,翼緣板下0.6m(縱橋向)×1.2 m(橫橋向),支點(diǎn)斷面支架搭設(shè)時(shí)在箱梁底板下全部按間距0.6m(縱橋向)×0.6m(橫橋向)布置,翼緣板下0.6m(縱橋向)×1.2 m(橫橋向),上下兩層橫桿間距均為1.2 m。支架下部設(shè)螺旋調(diào)整底座,支架搭設(shè)后,均設(shè)縱橫向連桿,外側(cè)按縱、橫橋向4排～6排設(shè)一道鋼管剪刀撐[1],確保支架的整體穩(wěn)定。支架頂部設(shè)螺旋調(diào)整頂托,頂托上設(shè)縱梁,縱梁采用單根8cm槽鋼。箱梁底模板下設(shè)橫梁,橫梁采用10cm×10cm方木,間距40cm。兩側(cè)腹板采用10cm×10cm方木做橫梁,腹板底腳用1條縱向5cm×10cm的方木固定于底板模板上,橫梁后再背3條間距40cm,5cm×10cm的方木,用鋼管斜撐于翼板下的支架上,并用一條鋼管反向斜拉翼板下的支架于底板下的支架上。現(xiàn)澆箱梁碗扣式支架縱斷面圖見圖2。

4 箱梁橫梁、端梁及漸變段的驗(yàn)算

4.1 支架設(shè)計(jì)承載力參數(shù)

4.1.1 立桿設(shè)計(jì)荷載

立桿設(shè)計(jì)荷載表見表1。

表1 立桿設(shè)計(jì)荷載表

4.1.2 橫桿設(shè)計(jì)荷載

橫桿設(shè)計(jì)荷載表見表2。

表2 橫桿設(shè)計(jì)荷載表

4.2 橫向10cm×10cm方木驗(yàn)算

4.2.1 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

由方木設(shè)計(jì)參數(shù)查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表2-8可知:彎矩系數(shù)K=0.07,剪力系數(shù) Kvb=0.625,跨中撓度系數(shù) Kw=0.521。

Mmax=M中=KqL2=0.07×23.48×0.42=0.26 kN?m,σ=Mmax/W=0.26×106/1.67×105=1.57MPa＜[σw]=13.0mPa,滿足要求。

4.2.2 剪切強(qiáng)度驗(yàn)算

Qmax=KvbqL=0.625×23.48×0.4=5.87 kN,τmax=QSm/Imb=5.87×103×1.25×105/(8.33×106×100)=0.88MPa＜[τ]=1.9MPa,滿足要求。

4.2.3 撓度驗(yàn)算

fmax=KwqL4/(100EI)=0.521×23.48×1000×4004/(100×1.0×104×8.33×106)=0.09mm＜[f]=L/400=400/400=1mm,滿足要求。

4.3 縱向8cm槽鋼驗(yàn)算

4.3.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表2-8可知:彎矩系數(shù)Kmax=0.222,剪力系數(shù)KvB=1.333,跨中撓度系數(shù)Kw=1.466。

Mmax=KmaxPL=0.222×5.87×0.60=0.78 kN,σ=Mmax/W=0.78×106/25.3×103=30.83MPa＜[σw]=145.0mPa,滿足要求。

4.3.2 剪切強(qiáng)度驗(yàn)算

Qmax=KvBP=1.333×5.87=7.8 kN,τmax=QSm/Imb=2.72MPa＜[τ]=85MPa,滿足要求。

4.3.3 撓度驗(yàn)算

fmax=KwPL3/(100EI)=0.088mm＜[f]=600/400=1.5mm,滿足要求。

4.4 鋼管支架驗(yàn)算

查閱碗扣件參數(shù)[8],當(dāng)橫桿步距為120cm時(shí),立桿所能承受的荷載為[N]=30 kN。單桿鋼管受上部荷載為混凝土恒載與施工荷載、混凝土傾倒荷載:Nmax=1.2×1.7×0.6×0.6×25+1.4×(3.5+2)×0.6×0.6=21.13 kN＜[N]=30 kN,滿足要求。

4.5 地基承載力驗(yàn)算

支架落在5cm×20cm的木板上,木板放在15cm厚的水泥穩(wěn)定石粉渣上,立桿間距為0.6m,每塊木板受力至少三根鋼管,按照最大受力狀態(tài)的普通梁段下22.88 kN計(jì)。鋼管的底托直徑為14cm,凈面積 A=15386mm2,則其應(yīng)力為 σ=Nmax/A=22.88×1000/15386=1.487MPa,選擇針葉林 A-1級(jí)或闊葉林木材為鋪地木板可滿足要求。則每塊板受力為68.64 kN,地基擴(kuò)散角按照30°計(jì)算,則地基應(yīng)有承載力為:σ=68.64/[(0.25+2×0.25×tan30°)×(2+2×0.25×tan30°)]=55 kPa,由此可知,上述經(jīng)處理后地基足以滿足承載力需要。

5 結(jié)語(yǔ)

1)考慮到腳手架鋼管和扣件在周轉(zhuǎn)使用過(guò)程中的磨損和銹蝕,設(shè)計(jì)中立桿軸向承載力不宜超過(guò)30 kN,否則應(yīng)考慮加密立桿。2)支架底部采用整體澆筑厚15cm的混凝土,增加了地基承載力,減少了彈性變形,取得較好的效果。3)支架的穩(wěn)定直接關(guān)系到施工質(zhì)量與安全,在行車道路上搭設(shè)支架時(shí),應(yīng)設(shè)置防撞門或防撞墩,并設(shè)置紅黃警示燈,在距施工現(xiàn)場(chǎng)一定范圍內(nèi)設(shè)置提醒警示標(biāo)志和減速裝置。4)支架承重后,嚴(yán)禁在支架元件上再進(jìn)行焊接或切割作業(yè)。5)施工前除必須對(duì)支架進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算外,需對(duì)模板等體系進(jìn)行設(shè)計(jì)及驗(yàn)算,并根據(jù)設(shè)計(jì)文件的要求對(duì)模板及支架體系進(jìn)行預(yù)壓檢驗(yàn),以確保施工安全及施工質(zhì)量,如有必要還需考慮風(fēng)力等因素對(duì)施工的影響進(jìn)行驗(yàn)算分析。

[1]張 鵬,肖緒文.客運(yùn)專線現(xiàn)澆連續(xù)箱梁滿堂支架設(shè)計(jì)計(jì)算方法研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(12):42-46.

[2]郭宗文,林文強(qiáng).連續(xù)箱梁在軟基上滿堂支架施工法[J].水運(yùn)工程,2001(2):35-38,50.

[3]張祖斌.現(xiàn)澆箱梁模板鋼管支架的驗(yàn)算及施工[J].山西建筑,2010,36(8):156-157.

[4]李俊杰.現(xiàn)澆箱梁滿堂支架的施工技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(19):166-167.

[5]賓 武.橋梁施工中的碗扣滿堂支架設(shè)計(jì)及搭設(shè)施工[J].科技信息,2009(27):261.

[6]趙啟龍,劉艷茹.WDJ碗扣式滿堂支架在現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用[J].科技信息,2010(3):257,294.

[7]JGJ 130-2001,建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[8]JGJ 166-2008,建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].